Кварки, протоны, Вселенная

Если масса тела велика, то расталкивающего действия излучений и мощных потоков вещества, порожденных ядерными реакциями в недрах этого тела, может оказаться недостаточно, чтобы противостоять стягивающим силам гравитационного притяжения. Равновесие нарушится, и тело сначала медленно, как бы нерешительно, а затем все быстрее и быстрее начнет сжиматься, «опадать». Это и понятно: чем меньше объем, в котором сконцентрирована масса тела, тем больше сила гравитации. Происходит то, что физики называют гравитационным коллапсом — катастрофическое сжатие тела в точку с бесконечной массой, «схлопывание» пространства-времени и полное «выпадение» тела из нашего мира. Правда, квантовые эффекты рождения элементарных и суперэлементарных частиц, по-видимому, остановят сжатие и предотвратят полное «выпадение» тела. От него останется «микрослед», но такой ничтожный по сравнению с исходными размерами тела, что им можно будет пренебречь и сказать: вот образовался еще один полузамкнутый мир, практически не связанный с нашим.

Это похоже на то, как если бы от большого пузыря отпочковался маленький. Связывающая их горловина становится все уже и, наконец, обрывается. Разумеется, это условная картина: так выглядел бы процесс образования нового мира в глазах наблюдателя, находящегося в воображаемом четырехмерном пространстве. В нашем реальном мире мы видим лишь стягивающуюся горловину, все остальное мы можем представить себе лишь с помощью формул.

Следует, правда, заметить, что далеко не все массивные тела, если ослабнут протекающие внутри них ядерные реакции, должны обязательно сжаться до микроскопически малых размеров. Так было бы, если бы в окрестностях сжимающегося тела не менялись свойства пространства и времени. Но гравитационное поле, то есть кривизна пространства и времени, становится там чрезвычайно большой, и, как предсказывают формулы теории относительности, ход времени при этом замедляется. Это значит, что скорость процессов, происходящих вблизи коллапсирующего тела, будет постепенно уменьшаться. Даже скорость света, которому все труднее и труднее станет преодолевать путы тяготения. Наконец, гравитационное поле сделается настолько сильным, что скорости всех процессов обратятся в нуль и время остановится — замрет. Ни свет, ни какие-либо другие излучения уже не смогут вырваться из гравитационного омута, и коллапсировавшее тело — звезда или целая галактика — станет невидимой для наблюдения черной дырой, которая поглощает все, что на нее падает, но сама ничего, абсолютно ничего не испускает. Оттого-то она и невидимка.

Правда, невидимкой черная дыра останется лишь для внешнего наблюдателя, рассматривавшего гравитационный коллапс со стороны. Для наблюдателя, который сам бы падал на коллапсирующее тело, все выглядело бы иначе. Подобно пассажиру кабины свободно падающего лифта, он не чувствовал бы тяготения, поэтому и скорости происходящих вокруг процессов оставались бы для него прежними. Конечно, когда перепады гравитационных сил сделались бы заметными на расстояниях, сравнимых с размерами самого наблюдателя, положение изменилось бы. Как ни странно, разные части его тела начали бы тогда жить в различном пространстве и времени. На него действовали бы растягивающие и разрывающие силы, подобные тем, что вызывают приливы и отливы на нашей планете. В конце концов сам бы он распался на молекулы и атомы, а затем превратился в пучок суперэлементарных частиц и геометрических квантов. Картина — прямо для романа ужасов!

Сам Фридман никаких соображений о черных дырах нам не оставил, хотя от его формул до гравитационного, коллапса рукой подать. Возможно, этому помешала его ранняя смерть — он умер через три года после того, как в немецком физическом журнале были опубликованы его две статьи о сжимающихся и расширяющихся мирах. Существование черных дыр предсказал незадолго до второй мировой войны вместе со своим ассистентом американский физик Роберт Оппенгеймер — тот самый, кто через несколько лет возглавил в Лос-Аламосе исследования по созданию атомной бомбы.

Интересно, что статья Оппенгеймера о черных дырах почти не привлекла внимания физиков — в то время уже ощущалось дыхание приближающейся войны и умами ученых овладевали волнующие и тревожные вопросы, связанные с использованием энергии атома. О черных дырах вспомнили после запуска первых советских спутников, когда космос с его загадками и тайнами стал вдруг совсем близким.

Чем массивнее тело, тем большую черную дыру образует оно в пространстве. Дыры, возникающие в результате сжатия галактик, в сотни и даже тысячи раз превосходят размеры нашей Солнечной системы. Триллионы километров в поперечнике! Сам термин «дыра» кажется здесь неуместным, лучше было бы говорить «черный провал».